Abychom mohli mluvit srozumitelným způsobem o „hemoglobin (Hb), je užitečné postarat se o první myoglobin (Mb) který je velmi podobný hemoglobinu, ale je mnohem jednodušší. heme.
Myoglobin je globulární protein sestávající z jednoho řetězce asi sto padesáti aminokyselin (záleží na organismu) a jeho molekulová hmotnost je asi 18 Kd.
Jak již bylo zmíněno, je vybaven hemovou skupinou, která je vložena do hydrofobní (nebo lipofilní) části proteinu, skládající se ze záhybů, které lze přičíst strukturám a-šroubovice vláknitých proteinů.
Myoglobin se skládá hlavně ze segmentů α-šroubovic, přítomných v počtu osmi a skládá se téměř výhradně z nepolárních zbytků (leucin, valin, methionin a fenylalanin), zatímco polární zbytky prakticky chybí (kyselina asparagová, kyselina glutamová, lysin a arginin); jedinými polárními zbytky jsou dva histidiny, které hrají zásadní roli při připojení kyslíku ke skupině hemu.
Hemová skupina je chromoforová skupina (absorbuje viditelně) a je funkční skupinou myoglobinu.
Viz také: glykovaný hemoglobin - hemoglobin v moči
Trochu chemie
Vazba mezi protoporfyrinem a železem je typickou vazbou koordinačních sloučenin, což jsou chemické sloučeniny, ve kterých centrální atom (nebo iont) tvoří vazby s jinými chemickými druhy v čísle větším, než je jeho oxidační číslo (elektrický náboj). V případě hemu jsou tyto vazby reverzibilní a slabé.
Koordinační číslo (počet koordinačních vazeb) železa je šest: kolem železa může být šest molekul sdílejících vazebné elektrony.
K vytvoření koordinační sloučeniny jsou zapotřebí dva orbitaly se správnou orientací: jeden schopný „získat“ elektrony a druhý schopný je darovat.
V heme železo tvoří čtyři planární vazby se čtyřmi atomy dusíku ve středu proto-porfyrinového kruhu a pátou vazbu s proximálním histidinovým dusíkem; železo má šestou volnou koordinační vazbu a může se vázat na kyslík.
Když je železo ve formě volného iontu, jeho typu jsou orbitaly d všichni mají stejnou energii; v myoglobinu je iont železa vázán na protoporfyrin a histidin: tyto druhy magneticky narušují orbitaly d trochu železa; rozsah poruch bude u různých orbitálů jiný d v závislosti na jejich prostorové orientaci a rušení druhů. Protože celková energie orbitálů musí být konstantní, porucha způsobí energetické oddělení mezi různými orbitaly: energie získaná některými orbitaly je ekvivalentní energii ztracené ostatními.
Pokud separace, ke které dochází mezi orbitaly, není příliš velká, dává se přednost elektronickému uspořádání s vysokým spinem: vazebné elektrony se snaží uspořádat se v paralelních spinech v co největším počtu podúrovní (maximální multiplicita); pokud je naopak odchylka velmi silná a mezi orbitaly je velká separace, může být pohodlnější spárovat vazebné elektrony v orbitalech s nižší energií (nízký spin).
Když se železo váže na kyslík, molekula předpokládá uspořádání s nízkým spinem, zatímco když má železo šestou koordinační vazbu volnou, má molekula uspořádání s vysokým spinem.
Díky tomuto rozdílu spinu jsme prostřednictvím spektrální analýzy myoglobinu schopni pochopit, zda je k němu vázán kyslík (MbO2) nebo ne (Mb).
Myoglobin je typický svalový protein (nenachází se však pouze ve svalech).
Myoglobin se extrahuje ze spermie, ve které je přítomen ve velkém množství, a poté se čistí.
Kytovci dýchají podobně jako lidé: s plícemi musí absorbovat vzduch dýchacím procesem; vorvaně musí vnést co nejvíce kyslíku do svalů, které jsou schopné akumulovat kyslík vazbou na myoglobin v nich přítomný; kyslík se pak pomalu uvolňuje, když je kytovník ponořen, protože jeho metabolismus vyžaduje kyslík: čím větší množství kyslíku, který je velryba spermie schopna absorbovat, a tím více kyslíku je během ponoru k dispozici.
Myoglybin váže kyslík reverzibilním způsobem a je v periferních tkáních přítomen ve větším procentu, tím více je tkáň zvyklá pracovat se zásobami kyslíku, které jsou vzdálené v čase.
<--- Myoglobin je protein přítomný ve svalech, jehož funkce je přesně taková jako „rezervoár“ kyslíku.
To, co dělá maso víceméně červeným, je obsah hemoproteinů (je to hem, který dělá maso červené).
Hemoglobin má mnoho strukturálních podobností s myoglobinem a je schopen vázat molekulární kyslík reverzibilním způsobem; ale zatímco myoglobin je omezen na svaly a periferní tkáně obecně, hemoglobin se nachází v erytrocytech nebo červených krvinkách (jsou to pseudobuňky, to znamená, že to nejsou skutečné buňky), které tvoří 40% krve.
Na rozdíl od myoglobinu je úkolem hemoglobinu odebírat kyslík do plic, uvolňovat jej do buněk tam, kde je potřeba, odebírat oxid uhličitý a uvolňovat jej do plic, kde cyklus začíná znovu.
L "hemoglobin je to tetrametr, to znamená, že se skládá ze čtyř polypeptidových řetězců, z nichž každý má hemovou skupinu a je shodný dva po dvou (v lidské bytosti existují dva alfa řetězce a dva beta řetězce).
Hlavní funkcí hemoglobinu je transport kyslíku; další funkcí krve, ve které je hemoglobin zapojen, je transport látek do tkání.
Na cestě z plic (bohatých na kyslík) do tkání přenáší hemoglobin kyslík (současně se ostatní látky dostávají do tkání), zatímco na opačné dráze nese odpad shromážděný tkáněmi, zejména uhlík oxid produkovaný v metabolismu.
Ve vývoji lidské bytosti existují geny, které jsou vyjádřeny pouze po určitou dobu; z tohoto důvodu existují různé hemoglobiny: fetální, embryonální, dospělého muže.
Řetězy, které tvoří tyto různé hemoglobiny, mají různé struktury, ale s některými podobnostmi ve skutečnosti je funkce, kterou plní, víceméně stejná.
Vysvětlení přítomnosti několika různých řetězců je následující: v průběhu evolučního procesu organismů se vyvinul dokonce hemoglobin specializující se na transport kyslíku z oblastí, které jsou na něj bohaté, do oblastí s nedostatkem. Na začátku hemoglobinu evolučního řetězce l "transportoval kyslík v malých organismech; v průběhu evoluce organismy dosáhly větších rozměrů, proto byl hemoglobin upraven tak, aby byl schopen transportovat kyslík do oblastí vzdálenějších od bodu, kde na něj byl bohatý; za tímto účelem byly v průběhu evolučního procesu kódovány nové struktury řetězců, které tvoří hemoglobin.
Myoglobin váže kyslík i při mírných tlacích; v periferních tkáních je tlak (PO2) asi 30 mmHg: myoglobin při tomto tlaku neuvolňuje kyslík, takže by byl jako nosič kyslíku neúčinný. Na druhou stranu hemoglobin Má pružnější chování: váže kyslík na vysoké tlaky a uvolňuje ho, když tlak klesá.
Když je protein funkčně aktivní, může trochu změnit svůj tvar; například okysličený myoglobin má jiný tvar než neokysličený myoglobin a tato mutace neovlivňuje jeho sousedy.
Jiná situace je v případě přidružených proteinů, jako je hemoglobin: když se řetězec okysličuje, je indukován, aby změnil svůj tvar, ale tato modifikace je trojrozměrná, takže jsou ovlivněny i ostatní řetězce tetrametru. Skutečnost, že jsou řetězce spojeny navzájem, naznačuje, že modifikace jednoho ovlivňuje ostatní sousedy, i když v jiné míře; když se řetězec okysličuje, zaujímají ostatní řetězce tetrametru vůči kyslíku „méně nepřátelský postoj“: obtížnost, s jakou jej řetěz okysličování klesá, protože řetězce v jeho blízkosti okysličují. Totéž platí pro deoxygenaci.
Kvartérní struktura deoxyhemoglobinu se nazývá T (napjatá) forma, zatímco oxyhemoglobinová forma se nazývá R (uvolněná) forma; v napjatém stavu existuje řada poměrně silných elektrostatických interakcí mezi kyselými aminokyselinami a zásaditými aminokyselinami, které vedou k rigidní struktuře deoxyhemoglobinu (to je důvod, proč „napjatá forma“), zatímco když je kyslík propojen, jejich entita interakce klesá (odtud „uvolněná forma“). Dále, v nepřítomnosti kyslíku je náboj histidinu (viz struktura) stabilizován opačným nábojem kyseliny asparagové, zatímco v přítomnosti kyslíku existuje tendence ze strany proteinu ztrácet proton; to vše zahrnuje, že okysličený hemoglobin je silnější kyselina než deoxygenovaný hemoglobin: bohrův efekt.
V závislosti na pH se skupina hemu více či méně snadno váže na kyslík: v kyselém prostředí hemoglobin uvolňuje kyslík snadněji (napjatá forma je stabilní), zatímco v zásaditém prostředí je vazba s kyslíkem těžší.
Každý hemoglobin uvolňuje 0,7 protonu na vstupující mol kyslíku (O2).
Bohrův efekt umožňuje hemoglobinu zlepšit jeho schopnost přenášet kyslík.
Hemoglobin, který cestuje z plic do tkání, se musí vyrovnat v závislosti na tlaku, pH a teplotě.
Podívejme se na vliv teploty.
Teplota v plicních sklípcích je asi o 1-1,5 ° C nižší než vnější teplota, zatímco ve svalech je teplota asi 36,5-37 ° C; jak se teplota zvyšuje, faktor nasycení klesá (při stejném tlaku): k tomu dochází, protože se zvyšuje kinetická energie a upřednostňuje se disociace.
Existují další faktory, které mohou ovlivnit schopnost hemoglobinu vázat se na kyslík, jedním z nich je koncentrace 2,3 bisfosfoglycerátu.
2,3 bisfosfoglycerát je metabolický přítomen v erytrocytech v koncentraci 4-5 mM (v žádné jiné části organismu není v tak vysoké koncentraci přítomen).
Při fyziologickém pH je 2,3 bisfosfoglycerát deprotonován a má na sobě pět záporných nábojů; je vklíněn mezi dva beta řetězce hemoglobinu, protože tyto řetězce mají vysokou koncentraci kladných nábojů. Elektrostatické interakce mezi beta řetězci a 2,3 -bisfosfoglycerátem propůjčují systému určitou tuhost: získá se napjatá struktura, která má malou afinitu ke kyslíku; během okysličování je 2,3 -bisfosfoglycerát vyloučen.
V erytrocytech c “je speciální aparát, který převádí 1,3 bisfosfoglycerát (produkovaný metabolismem) na 2,3 bisfosfoglycerát tak, aby dosáhl koncentrace 4–5 mM, a proto je hemoglobin schopen vyměňovat„ kyslík v tkáních “.
Hemoglobin přicházející do tkáně je v uvolněném stavu (vázán na kyslík), ale v blízkosti tkáně je karboxylován a přechází do napjatého stavu: protein v tomto stavu má menší tendenci vázat se s kyslíkem, s ohledem na do uvolněného stavu, proto hemoglobin uvolňuje kyslík do tkáně; navíc reakcí mezi vodou a oxidem uhličitým dochází k produkci iontů H +, tedy k dalšímu kyslíku v důsledku bohrova účinku.
Oxid uhličitý difunduje do erytrocytů procházejících plazmatickou membránou; protože erytrocyty tvoří asi 40% krve, měli bychom očekávat, že do nich vstupuje pouze 40% oxidu uhličitého difundujícího z tkání, ve skutečnosti 90% oxidu uhličitého vstupuje do erytrocytů, protože obsahují enzym, který přeměňuje oxid uhličitý v kyselině uhličité vyplývá, že stacionární koncentrace oxidu uhličitého v erytrocytech je nízká, a proto je rychlost vstupu vysoká.
Další jev, ke kterému dochází, když erytrocyt dosáhne tkáně, je následující: gradientem „HCO3- (derivát oxidu uhličitého) opouští“ erytrocyt a pro vyrovnání výstupu záporného náboje máme „vstup chloridů, které určuje zvýšení osmotického tlaku: k vyrovnání této variace dochází také ke vstupu vody, která způsobuje bobtnání erytrocytů (HAMBURGERův efekt). Opačný jev nastává, když erytrocyt dosáhne plicních alveol: deflace erytrocytů (HALDANE efekt) Žilní erytrocyty (směrované do plic) jsou proto kulatější než arteriální.
